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Optimización de Costos (y
Tiempo) en Estudios
Hidrogeológicos
Por: Saul Montoya M.Sc.
Marzo 2013
www.gidahatari.com
Esta presentación se enfoca en:
Estrategias y mejores prácticas para
optimización de costos (y tiempo).
Especialmente para investigación
hidrogeológica en proyectos mineros.
Hidrogeología Minera
Proyectos mineros actuales tienen que satisfacer una serie de investigaciones hidrogeológicas a lo largo de la vida de la mina.
Existen crecientes preocupaciones acerca de los impactos ambientales.
Las investigaciones hidrogeológicas y el modelamiento numérico tienen que simular, prevenir y remediar el impacto minero al sistema de agua subterránea y a los cursos de agua superficial.
Hidrogeología Minera
Existe continuidad en las investigaciones hidrogeológicas. Resultados de la evaluación de una fase de la mina, se convierte en información de entrada para la siguiente fase.
Fuente: Australian Government, Department of Resources, Energy and Tourism (2008)
Hidrogeología Minera
Impactos en el flujo de agua subterránea por parte de la minera podrían evaluarse varias veces a lo largo de las diferentes fases de la mina.
Varias de estas evaluaciones son hechas por diferentes compañías consultoras.
Algunas veces, dos compañías investigan el mismo impacto al mismo tiempo.
Reto: Disminuir el doble esfuerzo!
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Das Ziel
(el objetivo)
Manejo del Agua en Minería
Los objetivos son: • Evaluar todos los aspectos relevantes en cuanto a
la extracción, tratamiento, uso y preservación del agua.
• Identificar todos los riesgos actuales y potenciales a los cuerpos de agua naturales por la actividad minera.
• Simular y evaluar el impacto del uso del agua de la mina sobre los otros usuarios.
Manejo del Agua en Minería
Características del plan de manejo del agua:
• Integración de la calidad y cantidad del agua.
• Incorpora condiciones hidrológicas generales del
sitio.
• Tiene un plan detallado con responsables y
calendarios.
• Plantea objetivos cuantitativos en lugar de
objetivos cualitativos.
• Tiene reportes, procedimientos de operación, y
manuales.
• Es dinámico, revisado regularmente y
actualizado.
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Principal Investigación
Hidrogeológica en Minería
Desarrollo de Proyecto Minero
• Investigación de línea base en regímenes de flujo de agua subterránea / agua superficial.
• Diseño de redes de monitoreo.
• Evaluación del impacto sobre el agua subterránea (calidad y cantidad) debido al proyecto minero.
• Evaluación del abastecimiento del agua para la mina.
• Flujos de ingreso al tajo y evaluación del drenaje de la mina.
• Simulación de la predicción del régimen del flujo del agua subterránea para el cierre de mina.
Vida de la Mina
• Implementación de un sistema de manejo de datos de recursos hídricos.
• Mejora en el sistema de monitoreo de agua subterránea / agua superficial.
• Actualización del modelamiento de flujos de ingreso al tajo y drenaje de la mina.
• Modelamiento de transporte de contaminantes de depósitos de relaves y botaderos mineros.
Vida de la Mina
• Mejora en los modelos numéricos de agua subterránea y re-simulación del impacto del proyecto.
• Simulación del régimen de flujo de agua subterránea al cierre de mina.
• Reglas / procedimientos para un potencial vertimiento de contaminantes en el sitio.
Cierre de Mina
• Balance hídrico para condiciones de cierre.
• Evaluación del tiempo de inundación del tajo, nivel final y calidad del agua.
• Revisión del modelamiento de transporte de contaminantes para condiciones de cierre (validación / optimización).
• Evaluación de la atenuación natural del transporte de contaminantes.
• Diseño de planes de remediación.
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Das dinge an sich (Kant)
El asunto en sí
El asunto en sí
Planear, planear y
planear!
El asunto en sí
“Comienza con el final en mente”
Segundo hábito del libro «Los siete hábitos de las personas
altamente efectivas” de Stephen R. Covey
Antes de utilizar horas en cualquier tarea, uno tiene
que entender por qué se está realizando la tarea y
por qué esta ayuda a alcanzar el objetivo del
proyecto.
El asunto en sí
Para optimizar costos, uno tiene que hacer lo
mínimo necesario para conseguir el objetivo que se
tiene que alcanzar.
Al final, es básicamente sobre
money, money, money!
El asunto en sí
Tomar en consideración las siguientes problemáticas: • Tiempo del viaje y transporte • Restricciones estacionales • Disponibilidad de personal • Problemas con comunidades • Protocolos de seguridad, y muchos más…
Estas problemáticas son sencillas de remover después de ser identificadas.
El asunto en sí
No hay que ser muy optimistas respecto al tiempo y a los presupuestos.
Una vez que el contrato es firmado, es muy difícil cambiar el enfoque del estudio hidrogeológico o el pedir más dinero y tiempo.
Insuficiente planeamiento e intentos fallidos en minimizar costos llevan a una futura duplicación del esfuerzo.
El asunto en sí
“Si algo puede salir mal,
saldrá mal.“
Ley de Murphy
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Primer Paso:
Modelamiento Conceptual
Modelamiento Conceptual
El modelamiento conceptual es el primer paso en las investigaciones hidrogeológicas. El modelo conceptual es el grado de entendimiento del régimen de flujo del agua subterránea de acuerdo a la información disponible. Si el modelo hidrogeológico conceptual (y el modelo geológico conceptual) tienen fallas, entonces todo lo demás es un diseño fallido del régimen de flujo de agua subterránea.
Modelamiento Conceptual
Podemos tener un modelo conceptual razonable a partir del sitio y los datos con una buena formación en hidrogeología:
“Ojo Hídrico”
Lo que todos ven versus lo que un hidrogeólogo ve.
Cuenca, Manantiales y Bofedales
Ancash
Flujos de agua
Bofedales
Precipitación en forma de nieve
Drenaje natural
Fuente: Trekearth.com
Modelamiento Conceptual
El modelamiento conceptual es una herramienta. Se tiene que construir, revisar y mejorar. Disponer de un buen modelo conceptual desde el comienzo ayuda a enfocarse en los datos que son más críticos. Todas las fases de la investigación hidrogeológica actualizarán el modelo conceptual.
Modelamiento Conceptual
El modelo conceptual optimizará ubicaciones de pozos e informará el entendimiento de las interacciones en el acuífero. Es bueno revisar los resultados de estudios previos como base para las fases de la investigación. El modelo conceptual luego es «traducido» a un modelo numérico.
Modelamiento Conceptual
El flujo de agua subterránea es espacialmente distribuido; por lo tanto, se debería construir el modelo conceptual con herramientas GIS (si es que quieres librarte de varios mapas y reportes). Salven a los árboles!
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Einige Empfehlungen
(algunas recomendaciones)
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Investigación de Campo
Investigación de Campo
Buscar la opinión de un grupo especializado de
personas al comienzo del planeamiento de la mina.
Coordinar estudios geotécnicos e hidrogeológicos.
Ambos pueden colaborar en los esfuerzos de
perforación y caracterización.
Investigación de Campo
¿Por qué no instalar un piezómetro en cada perforación geotécnica? Puede que no sea conveniente para el monitoreo de la calidad de agua subterránea, pero sí está bien para niveles del agua y pruebas hidráulicas. La química de la base de línea del suelo también puede hacerse al mismo tiempo. Esta información es también muy importante al momento de la clausura de la mina para mostrar la calidad original del suelo versus la fase química después de las operaciones.
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Red de Monitoreo
Red de Monitoreo
Se requieren un mínimo de 30 piezómetros para una distribución normal de niveles piezométricos. Sin embargo, un proyecto minero en sus primeras etapas tiene menos puntos. Un enfoque optimizado es el de juntar la información piezométrica con las medidas del flujo base. Esta es una recomendación de la práctica común: Una red de monitoreo de 12 piezómetros (>30m) más 5 mediciones del flujo base serán suficientes para tener un buen entendimiento del régimen de flujo del agua subterránea.
Red de Monitoreo
Niveles de agua subterránea y variación del flujo base. ¿Cómo es la correlación con la profundidad de instalación?
Fuente: DCNR
Red de Monitoreo
Sin embargo, el número de piezómetros depende de la escala del desarrollo y complejidad del régimen de agua subterránea. Proyectos mineros / consultores en Perú usualmente presupuestan desde 8 a 12 piezómetros para el entendimiento del régimen de flujo de agua subterránea. Si los modeladores solicitan 30, hay mayor probabilidad de obtener 18 puntos. Mientras más grande la red de monitoreo de flujo base / nivel del agua, será mejor el entendimiento del régimen de flujo de agua subterránea.
Piezómetros Múltiples
Piezómetros múltiples pueden describir diferentes niveles piezométricos en una ubicación. Estos piezómetros pueden dar información útil sobre anisotropía, parámetros hidráulicos y mecanismos de recarga. Piezómetros múltiples no tienen mucho valor sin lecturas múltiples con tiempo (mínimo un año).
Fuente: Solinst
Piezómetros Múltiples
Lectura múltiple requiere un modelamiento numérico más detallado con calibración transitoria. Mejor estimación de K, Sy y Ss. Si se planea entregar un reporte en 6 meses, es mejor usar piezómetros a un solo nivel.
Fuente: Solinst
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Muestreo en Campo
Muestreo en Campo
Tomar bastantes muestras en las primeras etapas
de la investigación hidrogeológica.
Analizar la variabilidad espacial y temporal de los
niveles y la calidad del agua subterránea.
Luego optimizar la red piezométrica!
Muestreo de Campo
Dinámica de las redes de monitoreo
Muestreo de Campo
Nadie requiere un título universitario para:
• Tomar muestras de niveles del agua subterránea.
• Medir el ph, la conductividad y la temperatura del
agua subterránea.
• Usar un medidor de flujo, o leer una escala de
agua.
Entonces, contratar mano de obra local!
Muestreo de Campo
Muestreo de Campo
Hay un balance entre la frecuencia del muestreo del nivel del agua y el error en la medición. Menor el costo, mayor el error.
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Pruebas de Bombeo
Pruebas de Bombeo
Usualmente se tienen que tener supervisores las 24 horas, además de un generador de repuesto. Alta incertidumbre en los resultados e interpretación si el bombeo es interrumpido.
Pruebas de Bombeo
Interpretación gráfica de la prueba de bombeo proviene de los 70’s cuando el poder computacional era escaso. Software para la interpretación de la prueba de bombeo no tiene en cuenta la anisotropía, capas discontinuas y un horario variable de bombeo.
Pruebas de Bombeo
Interpretación de pruebas de bombeo con modelamiento
numérico da flexibilidad para:
• Prender, apagar, incrementar / disminuir las tasas de
bombeo varias veces mientras se registre el horario y
la tasa de bombeo.
• Sólo se necesita un operador para cargar el
generador.
… eso disminuye el costo de la prueba de bombeo!
Pruebas de Bombeo
Actualmente las bombas sumergibles son
más delgadas.
Bombas sumergibles de 2” pueden
desempeñar pruebas de bombeo en
piezómetros de 4”.
… eso incrementa la disponibilidad de
ubicaciones de bombeo!
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Die Helden (Los Héroes) :
Modelos Numéricos de
Agua Subterránea
Modelamiento Numérico
Modelos numéricos de agua subterránea no son la parte
de «moda» ni la parte «cool» del reporte hidrogeológico.
Los modelos de agua subterránea son la mejor
herramienta para entender el régimen de flujo de agua
subterránea y el transporte de contaminantes.
Debemos ver los modelos de agua subterránea como
herramientas de gestión, no solo como requerimientos
de los organismos reguladores.
Pasos del Modelamiento
Determinar la necesidad del modelamiento numérico. Seleccionar el código correcto para cumplir con los objetivos de la investigación. Especificar el nivel de detalle del modelo numérico. Recopilar todos los datos relevantes antes del modelamiento detallado.
Modelamiento Numérico
Modelos numéricos necesitan una buena base conceptual. De otro modo, los modelos numéricos se convierten en «cajas negras» que producen alturas piezométricas y concentraciones «basura» que se ven bien en los mapas y en las secciones transversales.
Modelamiento Numérico
Secuencia usual del estudio hidrogeológico:
Secuencia optimizada del estudio hidrogeológico:
Recopilación de Datos
Investigación de Campo
Análisis de Datos
Modelamiento numérico
Evaluación del
Impacto
Recopilación de Datos
Modelamiento Numérico
Grueso
Investigación de Campo
Análisis de Datos
Modelamiento Numérico
Refinado
Evaluación del
Impacto
Modelamiento Numérico
Beneficios de la secuencia optimizada del estudio
hidrogeológico:
• El modelo numérico grueso mejora el modelo
conceptual.
• Mayor flexibilidad para identificar los «puntos
críticos» en el área de estudio.
• Optimización del programa de perforación.
• Mayor tiempo para el análisis de datos.
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Der Anschluss (La Continuidad)
en Estudios Hidrogeológicos
La Continuidad
En el trabajo de gabinete, estos son los porcentajes del tiempo en las principales tareas: Recopilación de datos puede reducirse al 15% si hay continuidad en el equipo relacionado a la investigación y si se implementa un DBMS (Data Base Management Systems – Sistemas de Manejo de Datos Base). … eso significa un ahorro del 25% del tiempo en el trabajo en gabinete.
Recopilación de Datos
40%
Análisis de Datos
20%
Modelamiento Numérico
40%
La Continuidad
Tenemos que asegurar la calidad de los estudios hidrogeológicos. El conocimiento base es crítico al momento de supervisar a los consultores, el desempeño del equipo de monitoreo de campo e inclusive a los mismos supervisores. El cambio de consultores es buena práctica solamente cuando los estudios producidos no satisfacen los requerimientos de organismos reguladores. Nunca cambiar a los consultores sin una buena razón, ya que habrá un «hueco» en el manejo de datos y modelo conceptual …eso significa un mayor consumo de tiempo.
La Continuidad
Para optimización de costos, la compañía consultora a cargo del modelo regional debe ser la misma a cargo del modelamiento numérico local (depósito de relaves, botaderos, tajo). Muchas compañías consultoras que trabajan paralelamente en el modelamiento terminan duplicando los esfuerzos, tienen poca comunicación y diferentes enfoques en cuanto al régimen de flujo de agua subterránea
… pero ¿por qué?
La Continuidad
Lo Desconocido
Como sabemos, hay conocimientos conocidos. Estas son cosas que sabemos que sabemos.
Nosotros también sabemos que hay conocimientos desconocidos. Es decir nosotros sabemos que hay cosas que nosotros no sabemos.
Pero también hay desconocimientos desconocidos, aquellos que nosotros no sabemos que no sabemos.
D.H. Rumsfeld, Feb. 12, 2002,
Noticias del Departamento de Defensa
La Continuidad
Modelos numéricos son una interpretación del régimen de flujo de agua subterránea basada en los datos disponibles. Los modeladores numéricos son especialistas en recursos hídricos que “traducen” los aspectos generales del régimen de flujo de agua subterránea a un código numérico. Nunca dos modeladores producirán el mismo modelo con los mismos datos.
La Continuidad
Sería lo mismo que pedirle a
dos pintores que pinten a la
Mona Lisa y esperar que lo
hagan de la misma manera.
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Software de Código
Abierto
Software Hidrogeológico
MS MS EXCEL es una excelente hoja de cálculo,
pero…
No es una manera segura de almacenar datos.
No es una manera eficiente de recuperar datos.
No permite una colaboración efectiva entre múltiples
personas.
No puede llamarse una base de datos, es sólo un lugar
donde los datos “están”.
Software Hidrogeológico
Reto del profesional de recursos hídricos: Migrar del
análisis de datos con MS Excel a herramientas aplicadas
en GIS, modelamiento numérico, Python y DBMS.
Hay un grupo completo de software de código abierto de
alto desempeño para estudios hidrogeológicos.
Si quieres reducir costos, ¿por qué usas software
comercial?
DraftSight
DraftSight permite a usuarios profesionales de CAD, a estudiantes y educadores crear, editar, y visualizar archivos DWG. DraftSight funciona con Windows®, Mac® y Linux. DraftSight es una herramienta de software de bosquejo automático. Un sistema coordenado determina cada punto de la superficie o entidad a dibujar sin ambigüedades. http://www.3ds.com/products/draftsight/overview/
Quantum GIS
Quantum GIS (QGIS) es un Sistema de Información Geográfica (GIS) de Código Abierto amigable al usuario licenciada bajo la Licencia Pública Gneral (GNU). QGIS es un proyecto oficial de la Fundación Geoespacial de Código Abierto (OSGeo). Funciona con Linux, Unix, Mac OSX, Windows y Android, y maneja numerosos vectores, raster, y formatos y funcionalidades de base de datos. http://www.qgis.org
Quantum GIS
Quantum GIS tiene un continuo crecimiento en el número de capacidades dadas por un núcleo de funciones y complementos del software. Uno puede visualizar, manejar, editar, analizar datos, y componer mapas imprimibles.
MODFLOW
MODFLOW es el software para el modelamiento del agua subterránea desarrollado por la USGS. El software es capaz de representar condiciones relacionadas al flujo de agua subterránea como la evapotranspiración, recarga, drenaje, interacción de ríos y lagos entre otros. http://www.gidahatari.com/en/infohatari/learn-modflow-model-muse
MODFLOW
Su enfoque de diferencias finitas provee la capacidad de calcular el régimen de flujo subterráneo con un control excepcional del balance hídrico.
Con MODFLOW uno puede contar que el flujo que entra al modelo es el mismo que sale del modelo, tanto en una escala regional como en secciones transversales.
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Agradecemos la especial colaboración
para esta presentación de:
Dr. Campbell G. Fleming
Director Técnico
EnviroCentre Limited, UK
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Habt Ihr Fragen?
¿Tienen preguntas?
Optimización de Costos (Y
Tiempo) en Estudios
Hidrogeológicos
Por: Saul Montoya M.Sc.
Marzo 2013